梅钢烧结矿强度低的原因分析及对策

梅钢烧结矿强度低的原因分析及对策

    吴长生

(梅山钢铁公司制造管理部)

摘  要   通过与宝钢分公司烧结矿对标，发现梅钢烧结矿强度偏低的根本原因是两者矿物组成相关较大，梅钢烧结矿中铁酸钙与粘结相总和的比例都偏低，并提出提高烧结矿碱度、选择合适的FeO基数及配加蛇纹石等改进措施。

关键词   烧结   转鼓强度   铁酸钙

l  前  言

         随着高炉冶炼技术的不断进步，高炉对入炉原料的质量要求也越来越高，烧结矿作为高炉冶炼的主要原料，其质量能否提高已经成为落实高炉“精料”方针的关键性问题。高品位、高强度、成分稳定、粒度均匀以及具有良好冶金性能的烧结矿是实现高炉“高产、优质、低耗、长寿”的基础。

         梅钢炼铁厂现有3台烧结机，年产烧结矿500万t以上，从数量上来讲已经能够满足3座高炉的需要。但随着高炉喷煤比的大幅度提高，梅钢烧结矿转鼓强度低、RDI指标差的特点^[1]逐步开始成为高炉技术进步的瓶颈。现从矿物组成与显微结构方面对烧结矿质量作一分析，找出改善烧结矿转鼓强度与RDI指标的措施，为实现高炉大喷煤创造更好的条件。

2  高碱度烧结矿中常见的矿物组成及显微结构

2．1矿物组成  

    现在一般高炉使用的大多都是高碱度烧结矿，其主要铁矿物为磁铁矿、赤铁矿以及铁酸钙。随着碱度的升高，磁铁矿与赤铁矿逐渐减少，铁酸钙的比例增加。高碱度烧结矿中主要粘结相为铁酸钙，其次为β-2CaO·SiO₂．硅酸三钙以及少量的玻璃质。随着R的提高(>2．5)，铁酸钙与硅酸三钙有明显增加，此时粘结相机械强度与还原性均较好，而且由于高碱度可以抑制2CaO·SiO₂发生β→γ的相变，冷却时会减少烧结矿的粉化。

2．2显微结构

    烧结矿的显微结构由于生产工艺和原料的不同，差异较大。常见的结构有粒状结构、共晶结构、斑状结构、骸状结构、交织结构、熔蚀结构。高碱度烧结矿中一般以熔蚀结构为主，还有部分共晶结构与斑状结构。当有适合SFCA生成的条件时，交织结构开始增多，这种结构对强度是最有利的。

2．3梅钢烧结用矿的特点

    梅钢长期是以梅精加澳粉为主要原料的用矿结构，近2年来为了降低烧结矿成本，

开始逐渐增加澳洲褐铁矿的比例，用料结构如表l。
梅精使用的比例最高，很大程度上影响了烧结矿产量、质量的提高^[2]。梅精的铁矿物有赤铁矿(Fe₂O₃)，磁铁矿(Fe₃O₄)，褐铁矿(Fe₂O₃·nH₂O)，菱铁矿(FeCO₃)，少数黄铁矿(FeS₂)。铁矿物主要为粒状，较致密，磁铁矿边缘或沿着解理缝氧化生成较多的假象赤铁矿。脉石部分与铁矿物共生在一起，部分独立存在，见图l。

    澳粉是梅钢使用比较稳定的矿石，其铁矿物主要为赤铁矿(Fe₂O₃)，少部分褐铁矿(Fe₂O₃·nH₂O)，很少数磁铁矿(Fe₃O₄)。赤铁矿主要为粒状、针叶状集合体，少部分与褐铁矿共生在一起，磁铁矿沿着解理缝和边缘较多氧化为假象赤铁矿。脉石和铁矿物共生在一起，见图2。

    MAC矿主要矿物为褐铁矿(Fe₂O₃·nH₂O)和赤铁矿(Fe₂O₃)。结晶形态为赤铁矿与褐铁矿多共生在一起，以土状、粒状存在，少数鲕状结构。脉石以土状或细粒石英存在。

    CVRD矿主要为赤铁矿(Fe₂O₃)，很少数磁铁矿(Fe₃O₄)和褐铁矿(Fe₂O₃·nH₂O)。赤铁矿主要为板状、片状，粒状或板、片状集合体和粒状集合体。脉石晶粒较大。

    杨迪矿以褐铁矿(Fe₂O₃·nH₂O)为主，少数赤铁矿(Fe₂O₃)。褐铁矿主要为鲕状，蜂窝状结构，赤铁矿与褐铁矿共生在一起。脉石多以土状与褐铁矿共生在一起，部分石英颗粒。

3  梅钢与宝钢分公司烧结矿的比较

    梅钢烧结自停用海粉后，烧结矿中SiO₂基本维持在4．7％左右，TFe指标能够较好地满足高炉生产，但强度指标一直不尽人意。与宝钢分公司烧结矿相比，差距还是比较大的，如表2。
    从表3可以看出，梅钢烧结矿物化与冶金性能不及分公司的主要原因是两者之问的矿物组成有较大的差异。首先烧结矿粘结相总量不及分公司，主要是铁酸钙的比例比较低，另外梅钢烧结矿磁铁矿比例较高，赤铁矿比例较低。其中的原因主要有：(1)分公司烧结矿碱度比梅钢高，配碳量较少，且烧结料层厚，因此比较符合铁酸钙的生成条件；(2)宝钢分公司实行低温烧结，其燃料消耗比较低，2008年上半年烧结燃料干基单耗为51．36 kg／t，比梅钢低4．76 kg／t，因此其烧结过程中具有较高的氧化性气氛；(3)宝钢分公司烧结使用的铁料全部是进口矿，矿石中铁绝大多数均以Fe³⁺形式存在的，而梅钢使用的梅精矿中磁铁矿比例较高，平均在3l％左右，因此梅钢烧结原料带人的磁铁矿就比较多。

    梅钢烧结矿的显微结构主要以熔蚀结构与共晶结构为主，约占75％，与宝钢分公司的比例基本接近，也是对烧结矿转鼓以及RDI指标是比较有利的。因此，从对标的情况来看，改善梅钢烧结矿的矿相组成是改善烧结矿强度的主要方面。

4  改善梅钢烧结矿强度的措施

4．1提高烧结矿碱度

    对于高碱度烧结矿，随着R的提高，矿物组成中铁酸钙、硅酸二钙、硅酸三钙含量增加，磁铁矿、赤铁矿逐渐减少，同时晶粒变小，并由自形晶、半自形晶变成他型晶，粘结相中橄榄石、黄长石及硅灰石等含量减少。因此，在R小于2．4时，烧结矿转鼓强度与碱度呈强正相关关系，提高烧结矿碱度对改善烧结矿转鼓强度有明显作用。^[3]

    梅钢烧结矿碱度原来长期保持在1．70～1．75，明显低于全国主要钢厂烧结矿碱度的平均水平(约1．93)，这主要是受梅钢高炉用料结构的制约。因梅钢高炉一般不使用球团矿，烧结矿的比例较高，2007年平均水平达到83．57％，为了减少高炉硅石的用量，不影响高炉生产效率与生产成本，梅钢烧结矿碱度一直处于较低水平。

    但是随着烧结原料中高硅铁料的停用，梅钢烧结矿中SiO₂的比例在逐渐降低，2007年基本在4．6％～4．7％之间徘徊，见图3，因此具备了进一步提高烧结矿碱度的条件，就目前的用料条件，碱度提高到1．80～1．90时，烧结矿强度会明显改善^[4]。

4．2摸索合适的FeO基数

    烧结矿中的。FeO以2FeO·SiO₂、FeO·SiO₂·CaO、Fe₃O₄形式存在，主要在Fe₃O₄内，其余在FeO·SiO₂·CaO(钙铁橄榄石)里。对于酸性、自熔性烧结矿，主要粘结相为FeO·SiO₂·CaO(钙铁橄榄石)，提高FeO含量可以使：FeO·SiO₂·CaO(钙铁橄榄石)比例增加，从而提高烧结矿强度；但对于高碱度烧结矿而言，主要粘结相为铁酸钙(mCaO·nFe₂ O₃)，增加燃料消耗未必能够提高烧结矿的强度。因为铁酸钙的生成条件是高氧位、适当高温(1250℃)以及良好的蓄热条件，高燃料消耗使得烧结过程氧位降低，不利于铁酸钙的形成。

    目前梅钢烧结矿FeO基数为9．0％，而全国130 m²以上的烧结机FeO基数大多控制在7．5％～9．0％之间，因此梅钢烧结矿FeO基数还是有一定的调整空间。2007年3月份，3^#烧结机进行了一个料条的全富粉工业性试验，并将FeO基数由9％下调到8％，将试验期间的FeO与转鼓作回归分析可以得到：

    转鼓指数=73．3～0．354 FeO

    S=1．31733  R-Sq=3．2％

R-Sq(adj)=1．6％

Analysis of Variance

Source            DF       SS        MS       F        P

Regression         1      3．558     3．558   2．05    0．157

Residual Error      62    107．592    1．735

Total             63     111．150

    从分析数据来看，FeO与转鼓强度的相关性很弱(P>0．05)，且两者呈负相关，即转鼓并不是象我们传统意义上理解的那样FeO越高，转鼓越高，相反，转鼓有随着亚铁上升却有下降的趋势。因此高FeO并不一定带来高强度，选择一个符合自身原料条件与烧结生产工艺的FeO基数才是关键。

4．3严格控制返矿数量与比例

    梅钢烧结矿的槽下返矿率前些年维持在18％左右，近2年有所降低，如图4，但与2007年宝钢分公司8．44％水平相比仍有下降的空间，特别是4^# 烧结机投产以后。

    实践证明，在强化制粒与厚料层烧结的条件下，返矿作为制粒核心改善烧结料层透气性的作用显得并不重要。返矿粒度过大造成烧结料层透气性过剩，烧结速度过快，最终烧结矿强度变差。

4．4配加适量的蛇纹石

    梅钢一直通过配加云屑来提高烧结矿中的MgO，但从改善烧结矿强度的角度来看，其作用不及蛇纹石，这是由于两种含MgO原料矿物形态不同以及分解出的矿物反应性不同引起的。首先云屑是一种碳酸盐，分子式为CaMg(CO₃)₂，在烧结过程中发生分解吸热反应，所需燃料消耗较高，会影响烧结温度及高温保持时间，不利于MgO的矿化作用；而蛇纹石是一种层状高镁、高硅的矿物，其分子式为Mg₆[Si₄O₁₀]  (OH)₈，分解反应时所需热量比云屑少得多。其次云屑的分解产物为方镁石(MgO)，而蛇纹石的分解产物主要为镁橄榄石(2MgO．SiO₂)，其熔点低于方镁石，因此配加蛇纹石后MgO的活性增强，有利于铁酸钙的生成与发展，可以达到改善烧结矿强度的目的。

    但蛇纹石每增加一个配比，烧结矿TFe就会下降0．6个百分点，而且随着蛇纹石比例的增加，烧结技术经济指标提高幅度不大，因此从综合使用效果与成本来看，蛇纹石的适宜配比为0．5％。^[5]

4．5配钢渣

    配加钢渣后，烧结矿显微结构趋于均匀，粘结相数量增加，强度不好的玻璃质被强度较好的钙铁橄榄石替代，因此烧结矿强度增加。由于钢渣中含有较高P，因此一般钢渣配加量不宜太高。在梅钢烧结生产的条件下，钢渣配加量为1．5％、配碳量5．5％时，烧结矿可获得较好的技术经济指标^[6]。

5  结  论

    1)目前梅钢烧结矿的物化性能与冶金性能均处于较低水平，不利于高炉的强化冶炼。

    2)梅钢烧结矿中粘结相的总量与宝钢分公司差距较大，特别是铁酸钙的比例较低，这是梅钢烧结矿转鼓与RDI指标偏低的主要原因。

    3)无论是从梅钢实验室试验还是工业性试验来看，提高烧结矿碱度是改善烧结矿转鼓强度与冶金性能最有效的措施。

    4)另外通过控制适合的FeO基数、配加蛇纹石或钢渣等措施，创造有利于铁酸钙生成与发展的条件，也可以达到提高烧结矿强度的目的。

参考文献

1  邱金龙等．梅钢用矿结构存在问题及对策．梅山科技，2005(04)：33～36

2  吴长生．配加梅山铁精矿对烧结生产的影响．梅山科技，2006(01)：28～30

3  冯向鹏等．低硅条件下碱度对烧结矿强度的影响．烧结球团，2004(02)：9～11

4  刘佩秋等．低硅烧结提高强度的试验研究．梅山科技，2006(04)：9～1l

5  李艳如等．鞍钢烧结配加蛇纹石的实验室研究．烧结球团，2006(05)：1～4

6  韩凤光等．梅山烧结配加转炉钢渣的试验研究．烧结球团，(05)：15～18